Penjelasan Tentang Respirasi Aerob
Respirasi aerob adalah proses respirasi yang menggunakan oksigen. Secara sederhana, proses respirasi aerob pada glukosa dituliskan sebagai berikut.
Proses respirasi aerob melewati tiga tahap, yaitu:
Glikolisis
Glikolisis merupakan serangkaian reaksi yang terjadi di sitosol pada hampir semua sel hidup. Pada tahap ini, terjadi pengubahan senyawa glukosa dengan 6 atom C, menjadi dua senyawa asam piruvat dengan 3 atom C, serta NADH dan ATP. Tahap glikolisis belum membutuhkan oksigen.Glikolisis yang terdiri atas sepuluh reaksi, dapat disimpulkan dalam dua tahap:
- Reaksi penambahan gugus fosfat. Pada tahap ini digunakan dua molekul ATP.
- Gliseraldehid-3-fosfat diubah menjadi asam piruvat. Selain itu, dihasilkan 4 molekul ATP dan 2 molekul NADH.
Pada tahap glikolisis dihasilkan energi dalam bentuk ATP sebanyak 4 ATP. Namun karena 2 ATP digunakan pada awal glikolisis maka hasil akhir energi yang didapat adalah 2 ATP
Siklus Krebs
Dua molekul asam piruvat hasil dari glikolisis ditransportasikan dari sitoplasma ke dalam mitokondria, tempat terjadinya siklus Krebs. Akan tetapi, asam piruvat sendiri tidak akan memasuki reaksi siklus Krebs tersebut. Asam piruvat tersebut akan diubah menjadi asetil koenzim A (asetil koA). Tahap pengubahan asam piruvat menjadi asetil koenzim A ini terkadang disebut tahap transisi atau reaksi dekarboksilasi oksidatif. Berikut ini gambar proses pengubahan satu asam piruvat menjadi asetil koenzim A. Kompleks senyawa asetil koenzim A inilah yang akan memasuki siklus Krebs atau yang dikenal juga sebagai siklus asam sitrat. Koenzim A pada pembentukan asetil KoA merupakan turunan dari vitamin B.
Siklus Krebs dijelaskan pertama kali oleh Hans Krebs pada sekitar 1930-an.
Dalam siklus Krebs, satu molekul asetil KoA akan menghasilkan 4 NADH, 1 GTP, dan
1 FADH. GTP (guanin trifosfat) merupakan salah satu bentuk molekul berenergi
tinggi. Energi yang dihasilkan satu molekul GTP setara dengan energi yang
dihasilkan satu molekul ATP. Molekul CO2 juga dihasilkan dari siklus
Krebs ini. Karena satu molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul asetil KoA
dan masuk ke siklus Krebs.
 |
| Bagan siklus Krebs |
Selain dihasilkan energi pada siklus Krebs, juga dihasilkan hidrogen yang
direaksikan dengan oksigen membentuk air. Molekul-molekul sumber elektron
seperti NADH dan FADH2 dari glikolisis dan siklus Krebs, selanjutnya memasuki
tahap transpor elektron untuk menghasilkan molekul berenergi siap pakai.
Sistem Transfer Elektron
Tahap terakhir dari respirasi seluler aerob adalah sistem transfer elektron.
Tahap ini terjadi pada ruang intermembran dari mitokondria. Pada tahap inilah
ATP paling banyak dihasilkan.
Seperti Anda ketahui, sejauh ini hanya dihasilkan 4 molekul ATP dari satu
molekul glukosa, yaitu 2 molekul dari glikolisis dan 2 molekul dari sikluk
Krebs. Akan tetapi, dari glikolisis dan siklus Krebs dihasilkan 10 NADH (2 dari
glikolisis, 2 dari tahap transisi siklus Krebs, dan 6 dari siklus Krebs) dan 2
FADH2. Molekul molekul inilah yang akan berperan dalam menghasilkan
ATP.
Jika Anda perhatikan, meskipun glikolisis dan siklus Krebs termasuk tahap
respirasi aerob, namun sejauh ini belum ada molekul oksigen yang terlibat
langsung dalam reaksi. Pada tahap transfer elektron inilah oksigen terlibat
secara langsung dalam reaksi.
Pada reaksi pertama, NADH mentransfer sepasang elekron kepada molekul
flavoprotein (FP). Transfer elektron mereduksi flavoprotein, sedangkan NADH
teroksidasi kembali menjadi ion NAD+. Elektron bergerak dari
flavoprotein menuju sedikitnya enam akseptor elektron yang berbeda. Akhirnya,
elektron mencapai akseptor protein terakhir berupa sitokrom a dan a3.
Perhatikan gambar berikut.
 |
| Ilustrasi transfer elektron. |
Seperti Anda lihat pada Gambar diatas, akseptor terakhir dari rantai reaksi
merupakan oksigen. Elektron berenergi tinggi dari NADH dan FADH2
memasuki sistem reaksi. Dalam perjalanannya, energi elektron tersebut mengalami
penurunan energi yang digunakan untuk proses fosforilasi ADP menjadi ATP
sehingga satu molekul NADH setara dengan 3 ATP dan satu molekul FADH2
setara dengan 2 ATP. Berapakan total ATP yang dihasilkan satu molekul glukosa
melalui respirasi aerob? Perhatikan gambar berikut.
 |
Ilustrasi reaksi yang terjadi dalam respirasi sel dan jumlah
ATP yang didapatkan
|
Penjelasan Tentang Respirasi anaerob
Respirasi anaerob adalah proses respirasi yang tidak memerlukan oksigen. Salah satu contoh proses ini adalah proses fermentasi. Respirasi anaerob dapat terjadi pada manusia dan hewan jika tubuh memerlukan energi secara cepat. Pada mikroorganisme seperti bakteri dan jamur, respirasi anaerob dilakukan karena keadaan lingkungan yang tidak memungkinkan dan belum memiliki sistem metabolisme yang kompleks.
Mengapa respirasi anaerob dapat terjadi dan berapa banyak energi yang
dihasilkannya? Masih ingatkah Anda tahap glikolisis pada respirasi aerob? Pada
tahap tersebut, glukosa dapat dipecah untuk menghasilkan total 2 ATP dan tidak
memerlukan oksigen. Meskipun energi yang dihasilkannya jauh lebih kecil daripada
respirasi aerob, jumlah ini cukup bagi mikroorganisme dan energi awal bagi
hewan.
Selain menghasilkan ATP, glikolisis juga menghasilkan NADH dan
NAD+. Tanpa suplai NAD+ yang memadai, proses glikolisis
pada respirasi anaerob dapat terhenti. Oleh karena itu, organisme yang melakukan
respirasi anaerob harus mampu mengoksidasi NADH menjadi NAD+ kembali.
Berdasarkan hal tersebut terdapat dua cara respirasi anaerob yang dilakukan
organisme.
Fermentasi alkohol
Beberapa organisme seperti khamir (Saccharomyces cereviceace) melakukan fermentasi alkohol. Organisme ini mengubah glukosa melalui fermentasi menjadi alkohol (etanol). |
| Bagan fermentasi alkohol |
Proses fermentasi alkohol diawali dengan pemecahan satu molekul glukosa
menjadi dua molekul asam piruvat. Pada proses tersebut, dibentuk juga 2 ATP dan
2 NADH. Setiap asam piruvat diubah menjadi asetildehid dengan membebaskan
CO2. Asetildehid diubah menjadi etanol dan NADH diubah menjadi
NAD+ untuk selanjutnya digunakan dalam glikolisis kembali.
Fermentasi alkohol merupakan jenis fermentasi yang banyak digunakan manusia
selama ribuan tahun dalam pengolahan bahan makanan. Khamir banyak digunakan
dalam pembuatan roti dan minuman beralkohol
Fermentasi Asam Laktat
Sama halnya dengan fermentasi alkohol, fermentasi asam laktat dimulai dengan tahap glikolisis. Fermentasi asam laktat dilakukan oleh sel otot dan beberapa sel lainnya, serta beberapa bakteri asam laktat. Pada otot, proses ini dapat menyediakan energi yang dibutuhkan secara cepat. Akan tetapi, penumpukan asam laktat berlebih dapat menyebabkan otot lelah. Asam laktat berlebih dibawa darah menuju hati untuk diubah kembali menjadi asam piruvat. Industri susu menggunakan fermentasi asam laktat oleh bakteri untuk membuat keju dan yoghurt. |
| Bagan fermentasi asam laktat |